专利名称：基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置与方法
技术领域：
基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置与方法属于光学精密测量技术领域，具体涉及一种共焦显微镜和其扫描方法。
背景技术：
自二十世纪八十年代以来，微电子技术、生物工程、微光学和微光机电系统技术已进入了一个飞速发展的阶段，在微尺度领域中人们更加重视对三维状态的定量分析，三维快速超精密测量已经成为现代测试技术和仪器研究中的重要课题。而共焦显微测量方法因其独特的层析能力、高分辨力、不损伤测量表面等优势而成为三维微结构测量的一个重要研究方向。由于共焦显微测量方法为点对点探测，因此在实现三维测量时需要对被测物进行三维扫描。目前，共焦显微镜普遍采用二维横向扫描与单点扫描结合方式，轴向采用物镜扫描或者载物台扫描，横向扫描方法主要包括:(I)载物台扫描，该方法为传统的横向扫描方法，显微物镜的聚焦光斑保持不动，采用二维扫描载物台横向移动样品来实现扫描，这种方法的缺点是测量效率严重受制于载物台的机械扫描速度，使其在高速成像应用领域中受到了极大限制。(2)并行扫描，该方法主要指Nipkow盘扫描、狭缝扫描，微透镜阵列等。并行扫描方式主要目的是实现高速扫描，但在追求提高扫描速度的同时牺牲了测量分辨力与精度，因而其主要应用在对精度要求不高的生物医学领域，在工业测量中应用较少。(3)振镜扫描，该方法被测样品保持不动，利用振镜偏转光束进行横向扫描。扫描振镜，也称检流计偏转振镜，是通过将一面反射镜固定在一根转动轴上，然后利用磁力矩使轴偏转，从而带动反射镜实现光束扫描。由于扫描结构相对简单、负载低，具有转动惯量较小、扫描线性度好、速度快的优点。因此，振镜扫描技术被广泛应用于共焦显微成像系统中，全球著名的共焦显微镜生产公司Nikon和Olympus等横向扫描技术均采用这种扫描方式。但是其结构及控制复杂，并且由于振镜扫描技术自身的机械特性，导致在扫描时会存在惯性，限制了扫描的速度及精度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置与方法，不仅可以避免三维微位移平台精确和复杂的控制，而且可以提高扫描精度和重复性，尤其对易形变样品效果更加明显，因此还能扩大测量样品种类。本发明的目的是这样实现的:基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置，激光器发出的光束通过扩束器、偏振片和第一分光棱镜后入射到反射式液晶空间光调制器，经过反射式液晶空间光调制器调制后的出射光束经第一分光棱镜反射后依次经过扫描透镜、管镜、第二分光棱镜和显微物镜汇聚到被测物上，被测物反射的光束沿原路返回入射到第二分光棱镜，经第二分光棱镜反射的光束通过收集物镜和镜头成像在CCD上；所述的反射式液晶空间光调制器在光路中位于扫描透镜的前焦面处，扫描透镜的后焦面与管镜的前焦面重合。上述基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置，还包括用于放置被测物，且能够沿显微物镜光轴方向一维运动的载物台。上述基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置，所述的反射式液晶空间光调制器为分辨率为512*512、像素大小为15*15平方微米的纯相位液晶空间光调制器。基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描方法，包括以下步骤:步骤一、通过偏振片调节光束的偏转方向，使反射式液晶空间光调制器处于纯相位调制状态；步骤二、设定横向扫描起始点位置x=0, y=0,反射式液晶空间光调制器加载初始相位驱动图，使聚焦光斑位于被测物被测平面起始位置；步骤三、保持步骤二中被测物横向位置不变，通过反射式液晶空间光调制器加载相应的相位驱动图，使聚焦光斑移动到被测点(x，y)处，所述的相位驱动图的相位函数与横向扫描坐标(x，y)的关系为:
权利要求
1.基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置，其特征在于激光器(I)发出的光束通过扩束器(2)、偏振片(3)和第一分光棱镜(4)后入射到反射式液晶空间光调制器(5)，经过反射式液晶空间光调制器(5)调制后的出射光束经第一分光棱镜(4)反射后依次经过扫描透镜￠)、管镜(7)、第二分光棱镜(8)和显微物镜(9)汇聚到被测物(10)上，被测物(10)反射的光束沿原路返回入射到第二分光棱镜(8)，经第二分光棱镜(8)反射的光束通过收集物镜(11)和镜头(12)成像在CCD(13)上；所述的反射式液晶空间光调制器(5)在光路中位于扫描透镜(6)的前焦面处，扫描透镜(6)的后焦面与管镜(7)的前焦面重合。
2.根据权利要求1所述的基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置，其特征在于还包括用于放置被测物(10)，且能够沿显微物镜(9)光轴方向一维运动的载物台(14)。
3.根据权利要求1所述的基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置，其特征在于所述的反射式液晶空间光调制器(5)为分辨率为512*512、像素大小为15*15平方微米的纯相位液晶空间光调制器。
4.基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一、通过偏振片(3)调节光束的偏转方向，使反射式液晶空间光调制器(5)处于纯相位调制状态； 步骤二、设定横向扫描起始点位置x=0，y=0，反射式液晶空间光调制器(5)加载初始相位驱动图，使聚焦光斑位于被测物(10)被测平面起始位置； 步骤三、保持步骤二中被测物(10)横向位置不变，通过反射式液晶空间光调制器(5)加载相应的相位驱动图，使聚焦光斑移动到被测点(X，y)处，所述的相位驱动图的相位函数与横向扫描坐标(x，y)的关系为:
全文摘要
基于反射式液晶空间光调制器的共焦横向扫描装置与方法属于光学精密测量技术领域，具体涉及一种共焦显微镜和其扫描方法；利用反射式液晶空间光调制器取代传统共焦横向扫描装置中的横向扫描机构，通过改变反射式液晶空间光调制器载入的相位驱动图，实现光束的二维偏转，从而实现非机械的横向扫描；这种设计，使得显微物镜和被测物均不需要横向移动，即可实现对被测物的横向光束扫描，不仅可以避免三维微位移平台精确和复杂的控制，而且可以提高扫描精度和重复性，尤其对易形变样品效果更加明显，因此还能扩大测量样品种类。
文档编号G02B21/36GK103226238SQ20131017624
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者邹丽敏, 李佃蒙, 谭久彬 申请人:哈尔滨工业大学